[REF] Trabalho Sobre Refrigerantes

[REF] Trabalho Sobre Refrigerantes

(Parte 1 de 3)

Professor: Humberto Hoays

Disciplina: Refrigeração

Alunos: Everton Gollnick Koch Osvaldo Sauer Neto

JOINVILLE NOV/2009

INTRODUÇÃO3
1. REFRIGERANTES4
2. REFRIGERANTES PRIMÁRIOS5
2.1 COMPOSTOS HIDROCARBONETOS HALOGENADOS5
2.2 COMPOSTOS INORGÂNICOS6
2.3 HIDROCARBONETOS7
2.4 AZEOTROPOS7
2.5 MISTURAS NÃO AZEOTRÓPICA7
TOXICIDADE E INFLAMABILIDADE8
3.1 TOXICIDADE8
3.2 INFLAMABILIADADE8
4. REFRIGERANTES SECUNDÁRIOS9
5. INFLUÊNCIA SOBRE A CAMADA DE OZÔNIO10
6. PROCESSO DE DESTRUIÇÃO DA CAMADA DE OZÔNIO12
7. REFRIGERANTES ALTERNATIVOS133
7.1 TABELA DE FLUIDOS REFRIGERANTES ALTERNATIVOS144
7.2 EXEMPLOS COMERCIAIS DE REFRIGERANTES ALTERNATIVOS177
CONCLUSÃO19
ANEXO20

Neste trabalho serão apresentados fluídos refrigerantes, bem como suas classificações, propriedades, características e aplicações práticas. Será abordada também a influência deles sobre a camada de ozônio e como ocorre o processo de formação do buraco nesta camada. Por fim serão mostrados refrigerantes alternativos aos atuais, com características menos nocivas ao meio ambiente.

1. REFRIGERANTES

Refrigerantes são substâncias químicas responsáveis pelo transporte de energia em um ciclo de refrigeração, onde o calor absorvido pelo refrigerante em um local e rejeitado em outro.

A seguir estão listadas as características desejáveis para um refrigerante:

Pressão de vaporização não muito baixa, com o objetivo de evitar vácuo elevado no evaporador e baixa eficiência volumétrica no compressor;

Pressão de condensação não muito alta, favorecendo uma maior eficiência volumétrica no compressor, assim como garantindo uma maior segurança do sistema;

Elevado calor latente de vaporização, reduzindo a vazão de refrigerante para uma da capacidade de refrigeração;

Baixo volume específico da fase vapor, permitindo uma baixa vazão volumetria para uma dada capacidade de refrigeração;

Alta condutibilidade térmica, favorecendo a transferência de calor; Baixa viscosidade, acarretando em menores perdas de carga; Ser estável e inerte, não sofrendo alteração química e evitando reação com outros materiais;

Não ser tóxico, estimulante inflamável e explosivo, garantindo, assim, a segurança das pessoas e animais em caso de vazamentos;

Não ser prejudicial ao meio ambiente, preservando a camada de ozônio e minimizando o aquecimento global.

É impossível que um único fluído se enquadre em todos os quesitos acima, então, diferentes fluidos são considerados.

São duas as classes de refrigerantes, os primários e os secundários. Os refrigerantes primários são aqueles usados em sistemas de compressão de vapor. Os refrigerantes secundários são líquidos usados para transportar energia térmica a baixa temperatura de um local para outro, conhecidos como anticongelantes e salmouras.

Os sistemas de absorção utilizam duas substâncias que formam a combinação de refrigerantes.

5 2. REFRIGERANTES PRIMÁRIOS

2.1 COMPOSTOS HIDROCARBONETOS HALOGENADOS

Os hidrocarbonetos halogenados são compostos formados por hidrogênio, carbono e um ou mais dos seguintes elementos da família química dos hologênicos: cloro, fluor ou bromo. A nomenclatura é composta, basicamente, por um nome (ou pela letra R) e um número. Segundo a norma internacional(ANSI/ASRAE 34-1989 – Number Designation and Safety Classification of Refrigerants), a numeração dos hidrocarbonetos halogenados segue as seguintes regras: 1 – O primeiro dígito representa o número de átomos de carbono(C) do composto, menos um. Assim os derivados de metano terão, como primeiro dígito, o zero, enquanto que os derivados de etano terão o número um. 2 – O segundo dígito representa o número de átomos de hidrogênio(H) do composto, mais um, indicando a combustibilidade do refrigerante. 3 – O terceiro dígito representa o número de átomos de flúor (F) do composto. 4 – Nos casos onde o bromo está presente, no lugar de parte ou de todo o cloro, as mesmas regras são aplicadas. A exceção é que a letra B, após a designação do número de átomos de carbono, hidrogênio e flúor, indica a presença de bromo. O número de átomos de carbono, hidrogênio e flúor, indica a presença de bromo. O número imediatamente depois da letra B indica o número de átomos de bromo (Br) do composto.

O número de identificação do refrigerante deve ser precedido pela letra R ou utilizado em combinação com a palavra Refrigerante. O número de identificação pode também ser precedido pela marca registrada do fabricante ou nome comercial. Por exemplo: R – 12, Refrigerante 12, Freon 12 (marca registrada da Dupont).

Usualmente o R – 12 é também chamado de CFC 12. Esta nomenclatura não está de acordo com a norma ANSI/ASHRAE 34 – 1989, mas também bastante utilizada. A nomenclatura CFC é uma abreviação de CloroFlúorCarbono – principais elementos que compõem estes fluidos refrigerantes. Como a sigla CFC sempre esteve muito ligada à destruição da camada de ozônio, o principal objetivo da utilização desta nomenclatura é informar ao usuário destas substâncias que elas destroem a camada de ozônio. Portanto, devem ser manuseadas de modo a evitar ou minimizar desperdícios e/ou liberação para a atmosfera.

HCFC é a sigla do termo HidroCloroFlúorCarbono, substâncias menos agressivas do que CFCs em relação à cada de ozônio. No HCFC um átomo de cloro foi substituído por um hidrogênio, que é inofensivo a camada de ozônio. Já o HFC é a abreviação de HidroFlúorCarbono, e HC e a abreviação de HidroCarbono, ambas substâncias inofensivas à camada de ozônio, porque não tema cloro nas suas composições.

2.2 COMPOSTOS INORGÂNICOS

Muitos dos primeiros refrigerantes eram compostos inorgânicos e alguns mantiveram sua proeminência até o presente, como a amônia. Outros, que haviam caído em desuso, ganharam importância novamente após o Protocolo de Montreal, como é o caso do CO2. Seguem os exemplos abaixo:

Fórmula ASHRAE Denominação

NH3 R717 Amônia H2O R718 Água

CO2 R744 Dióxido de carbono SO2 R764 Dióxido de enxofre

O primeiro dígito indica ser um composto inorgânico e os dois últimos indicam o peso molecular.

2.3 HIDROCARBONETOS

Muitos hidrocarbonetos são adequados como refrigerantes especialmente para operação em indústrias de petróleo e petroquímicas.Alguns Refrigerantes:

Fórmula ASHRAE Denominação

CH4 R50 Metano C2H6 R170 Etano C3H8 R290 Propano Aplicam-se as mesmas regras dos hidrocarbonetos halogenados.

2.4 AZEOTROPOS.

Uma mistura azeotrópica de duas substâncias é aquela que não pode ser separada em seus componentes por destilação. Um azeotropo evapora e condensa como uma substância simples com propriedades diferentes das de cada um se seus constituintes.Alguns refrigerantes:

Refrigerante Composição

2.5 MISTURAS NÃO AZEOTRÓPICA.

Um comportamento característico de uma mistura não azeotrópica ocorro durante a mudança de fase, quando as concentrações de líquido e vapor são diferentes da concentração original da mistura.

3. CLASSIFICAÇÃO DOS REFRIGERANTES QUANTO AO NÍVEL DE TOXICIDADE E INFLAMABILIDADE SEGUNDO A ASHRAE 34-92

3.1 TOXICIDADE

Classe A - Compostos cuja toxicidade não foi identificada. Classe B - Foram identificadas evidências de toxicidade.

3.2 INFLAMABILIADADE

Classe 1 – Não se observa propagação de chama em ar a 18oC e 101,325 kPa. Classe 2 – Limite inferior de inflamabilidade (LII) superior a 0,10kg/m3 a 21 oC e 101,325kPa, Poder calorífico inferior a 19.0 kJ/kg. Classe 3 – Inflamabilidade elevada, caracterizando-se por LII inferior ou igual a 0,10 kg/m3 a 21 oC e 101,325 kPa, Poder calorífico superior a 19.0 kJ/kg.

4. REFRIGERANTES SECUNDÁRIOS

Os refrigerantes secundários têm a mesma função básica de transporte de energia que os refrigerantes primários, porém, neste caso o transporte ocorre entre a fonte de calor e o evaporador de um sistema de refrigeração. Eles podem ser denominados simplesmente como fluídos de transferência de calor, cuja propriedade mais importante é o ponto de solidificação.

A água poderia ser um refrigerante secundário, mas as substâncias que nós desejamos explorar são as salmouras e anticongelantes, que são soluções com temperaturas de congelamento abaixo de 0ºC. Vários dos anticongelantes mais largamente usados são soluções de água e etileno glicol, propileno glicol, ou cloreto de cálcio.

Seja uma solução de concentração x (Figura abaixo), menor do que a eutética xe. Em A é totalmente líquida a solução. Abaixando a temperatura A x constante, a solução continua líquida e atinge B. Nesta temperatura, a água começa a se separar na forma de gelo e o líquido restante tem sua concentração aumentada. No ponto C haverá uma mistura de gelo e de anticongelante líquido de concentração C1.

Atingindo o ponto D, tem-se uma mistura de m1 partes de anticongelante eutético e m2 partes de gelo, ambos na temperatura eutética.

Continuando a retirar calor, toda a mistura se congela na temperatura eutética, obtendo-se uma mistura mecânica de gelo e sal sólido.

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